淺議三角板高程放樣法及應用

胡勤虎

（蘭州市政建設集團有限責任公司，甘肅 蘭州 730070）

0 引 言

測繪學有著悠久的歷史。測繪技術起源于社會的生產需求，隨著社會的進步而不斷向前發(fā)展。作為工程測量學分支的高程測量技術及其放樣方法也是隨著我國經(jīng)濟建設和國防建設的快速發(fā)展而不斷向前發(fā)展的。高程放樣和測量方法隨著測量儀器的發(fā)展先后出現(xiàn)了水準管高程放樣法、水準儀直接放樣法、鋼尺法、全站儀棱鏡法、三角高程測量法、三維激光掃描法、攝影測量法、RS 等傳統(tǒng)及現(xiàn)代高程測量方法和放樣技術［1］。這些測量方法和技術都很好地解決了工程建設控制網(wǎng)的建設、地形圖測繪及工程竣工后的運營監(jiān)測及設備就位等測量工作，而唯一沒有得到解決的問題是工程建設進入施工建設階段后的高程放樣工作，傳統(tǒng)的高程放樣方法未能解決實時快速提供高程的需求，對高程放樣來說精度很高的水準儀適用于地形坡度＜ 8 ℃ 的地區(qū)，而且其放樣受到前后視距的限制，當兩點之間的距離小于 20 m 或交通不能完全封閉的環(huán)境下水準儀的缺陷是顯而易見的，對于 RTK 來說雖然能夠快速提供高程，但其高程精度在路面工程中無法滿足，三角板放樣高程法就是在這種情況下產生的，其很好地解決了高程放樣中的盲區(qū)，使得施工建設中的高程放樣不受時間、氣候、信號、坡度及短距離范圍的影響而進行高程的快速放樣工作。

三角板加密高程在路面工程特別是在瀝青混凝土路面工程中，由于瀝青混凝土路面的短、頻、快等施工特點，三角板快速靈活的高程放樣方法使得其在加快施工進度、保證路面工程質量方面的優(yōu)勢顯示的淋漓盡致。

1 高程放樣概念及三角板的結構原理

1.1 高程放樣的概念

高程放樣法就是把設計圖紙中的高程按照設計要求、以一定的精度在實地標定出來，作為施工的依據(jù)。高程放樣的主要方法有水準測量的方法、三角高程測量等主要方法。高程放樣時首先要在測區(qū)內布設一定精度的高程控制點作為高程放樣的基準點，然后根據(jù)設計高程在實地標定出放樣點的高程位置。高程位置的標定措施可根據(jù)工程要求及現(xiàn)場條件確定，路基及路面工程一般采用木樁標定放樣高程的位置，也可在路面上用紅油漆作記號標定。

1.2 三角板構造概述（見圖1）

圖1 三角板結構示意圖（單位：mm）

可調三角板的構造為豎桿是 3 mm 厚、長 80 mm、寬 40 mm、高度為 500 mm 長的長方形輕質空心鋁合金，其內部嵌套有同樣材質的鋁合金，并可在豎直方向上能夠自由伸縮，伸縮的目的是為了更好地調整路面坡度有變化或遇到路面橫坡時的高程加測，豎桿外立面中部有內部豎桿調整后的鎖定裝置，并且在豎桿上有刻劃至毫米的刻度，以便在路面標高變化時快速調整，豎直桿內裝有豎直方向的水準氣泡，以便放樣時使豎桿嚴格處于鉛垂狀態(tài)，在豎直桿底部安裝有耐磨不粘油的輕質鐵板。三角板水平部分為 300 mm 長的同樣材質的鋁合金，其中間位置裝有水準氣泡，以便放樣時三角板的水平桿處于水平狀態(tài)，這樣就保證了兩個標準點上的三角板所提供的視線是一條直線，為了能更加清晰地觀測，在三角板水平桿側面涂刷了光澤鮮亮的反光漆，三角板水平桿部分安裝有激光投點器，以便在夜間施工光線不好時利用激光的直線傳播調整待放樣位置三角板的高度。

1.3 三角板放樣標高的原理

三角板是利用水平桿處于水平狀態(tài)，豎直桿嚴格處于垂直狀態(tài)，將已知高程點處的兩個三角板利用其上的刻度調整至同一高度，也就是將三角板嚴格進行對中、整平的情況下，在觀測者進行觀測時就提供了一條水平視線，修整路面的標高或調整中間待放樣點處三角板的高度，使三角板頂面與前兩個三角板處于同一視線上，則三角板豎直桿底所在的位置就是所加密點處的標高，或中間三角板的所調整的值就是待加密點處的填、挖值。

2 三角板放樣程序及應用

2.1 放樣程序

使用三角板的基本操作包括安置三角板、對中、瞄直、整平和讀數(shù)（調整）等步驟［2］。

1）安置三角板。安置三角板前將其調整至等高，然后將其中 2 個三角板安置在已知高程點上，另外一個三角板安置在待放樣的位置處。

2）對中。將已知高程點處三角板的豎桿底部中心凸出部分對準已知點的標記中心。

3）瞄直。利用豎桿的水準氣泡將三角板的豎桿調整到垂直狀態(tài)，觀測者指揮中間待放樣三角板移動，直至 3 個豎桿在一條線上。

4）整平。利用三角板水平桿的水準氣泡將三角板嚴格整平。

5）讀數(shù)或調整。兩已知點處的任意一個觀測者進行觀測或讀數(shù)，調整三角板（三角板豎桿高度變化）進行讀數(shù)（豎桿刻度變化值）或在原地面修整原路面（三角板豎桿高度不變）使三角板的頂面在同一個平面內。夜間施工則打開激光投點器使待接收激光的頂面與三角板相切，其它步驟與前面相同。

2.2 三角板的具體應用

雖然在工程建設三階段中已經(jīng)布設了高程控制點，但這些高程控制點還遠遠不能滿足施工的要求，在施工放樣前還要進一步將這些高程控制點加密到間隔為10、5、3 m 甚至更小間距的點。放樣前只要利用水準儀將控制點加密至 100 m 以內，三角板便可利用三點一線的原理在這些基準點之間加密放樣任意間距的高程點。

1）坡度無變化的放樣。放樣方法同 2.1 節(jié)（見圖2）。

圖2 三角板現(xiàn)場應用圖

2）對橫坡（或縱坡有變坡）放樣方法。如果道路兩側路肩已成型，即路面標高已經(jīng)確定，要放樣路中的相對標高，根據(jù)半幅路寬，橫坡推算路中與路邊的高差值 Δh，放樣時在 3 個三角板等長度的情況下，兩固定點的三角板長度不變，將路中三角板的長度縮短 Δh，然后鎖定，人工觀測使 3 個三角板頂面處于同一個平面內，此時中間三角板豎直桿底面的位置即為待放樣的標高。

3）市政道路以路緣石頂面標高為基準的放樣方法（見圖2）。市政道路中當兩側路緣石標高已定的情況下，要放樣出路中的橫坡，如果路緣石比待施工的路面高 Δh1，根據(jù)半幅路寬及橫坡，路中與路面高差為 Δh2，所以基準點三角板與待放樣點三角板相對高差為 Δh= Δh1- Δh2，在 3 個三角板同長的情況下，將其中 2 個三角板置于路緣石頂面，中間待放樣的三角板伸長 Δh 或使兩邊三角板縮短值與待放樣點三角板的縮短值之和為 Δh，調整完成后進行觀測，此時三角板豎直桿底面所在的位置即為所放樣的高程。

4）已知填挖數(shù)據(jù)高程樁的放樣方法。公路工程及市政道路工程的路基整平作業(yè)中，為了使測量控制點不被破壞，經(jīng)常將控制點設在施工范圍以外，技術員以交底的方式將里程樁位置的填挖數(shù)值交給施工作業(yè)班組，利用三角板放樣時同樣將 3 個三角板調整至等長，放置在基準點上的 2 個三角板根據(jù)交底數(shù)據(jù)的填挖高度進行伸長或縮短相應高度的數(shù)值，此時將兩基準點上的三角板調整至設計位置，然后根據(jù)路面寬度及縱橫坡度計算待放樣點與基準點的高差值 Δh，將三角板的長度調整 Δh，然后鎖定，同理可得三角板豎直桿底面所在的位置即為待放樣的標高。

2.3 工程案例

三角板在路基及路面工程中放樣方法的實質都是將其中 2 個三角板安裝在高程已知的控制點上，其具體位置根據(jù)待放樣點的需求和已知點的位置而定，比如在足球場和各種類型十字路口中的應用。

2.3.1 三角板在足球場施工中的應用

西北師范大學維修改造工程總面積約 27 000m2，施工內容為基層為 20 cm 厚 5 % 水泥穩(wěn)定碎石，下面層部分為 5 cm 厚（AC-20）瀝青混凝土，上面層為 3 cm 厚細粒式（AC-10）瀝青混凝土，足球場頂面層為 4 cm 厚人工草坪，坡度 0.4 %，跑道（坡度 0.8 %）及輔助區(qū)部分（坡度變化）為 13 mm 厚塑膠。如果用傳統(tǒng)的測量儀器水準儀放樣高程，則放樣時既要測量距離，又要根據(jù)高差推算坡度，最后再根據(jù)本次施工的寬度推算施工邊線處的高程，相對來說測量的程序很繁雜，而且這種測量方法影響了施工進度，一定程度上給施工現(xiàn)場的安全管理工作帶來了隱患。而采用三角板放樣就解決了傳統(tǒng)測量加密高程的難題，特別是在足球場半圓區(qū)、輔助區(qū)及坡度不斷變化的斷面處其加密優(yōu)勢顯得更為突出。放樣半圓區(qū)時由于排水溝蓋板標高已定，半圓圓心的標高用水準儀測設或用三角板放樣（計算出圓心與蓋板的標高差（Δh），將活動三角板伸長 Δh或將兩蓋板處的三角板縮短 Δh，人工觀測就可放樣出圓心的標高，同理放樣輔助區(qū)時將其中的一個三角板放置于跑道邊線處，另外一個三角板放在輔助區(qū)的外圍邊線處，將活動三角板放在需要放樣的高程位置處，經(jīng)觀測就可放樣出待放樣點的標高。

2.3.2 三角板在交叉路口靈活應用

市政工程十字路口的施工往往是施工中的重點和難點，十字路口順接不暢，經(jīng)常會出現(xiàn)積水現(xiàn)象，特別是在市政整治工程的施工中，由于道路無法全封閉施工，而且交叉路口的高程設計通常采用等高線的方法進行豎向設計，同時要考慮各個路口的正確順接。采用水準儀放樣其程序很繁雜。而采用三角板的放樣方案，只要將其中的一個三角板放置于十字中心高點處（高程已知），將另外一個三角板放置于與施工位置相垂直的路緣石處，活動的三角板放置于需要施工的位置處，根據(jù)路面與路緣石的高差及需要施工的結構層，調整活動的三角板或固定位置的三角板直接觀測即可放樣出施工位置處的標高。

3 技術創(chuàng)新點

1）利用三點一線原理提供了一條基準線制成的三角板高程放樣儀器，在豎直面內從 150～600 mm 范圍內都可靈活調節(jié)出高差值。縱橫向水準氣泡可使三角板嚴格處于水平和鉛垂狀態(tài)。

2）利用三角板可實現(xiàn)路面所需高程的快速加密，可實現(xiàn)全天候實時作業(yè)，解決了傳統(tǒng)水準測量的量距及坡度推算程序多和現(xiàn)代測量所提供的高程精度不足的缺陷。

3）解決了傳統(tǒng)拉線繩產生撓度及水準儀無法在短距離、交通復雜環(huán)境條件下快速提供施工加密高程點的缺陷。

4）用帶有激光投點器的可調三角板很好地解決了夜間施工高程放樣的難題。

5）無計算及誤差處理等室內計算，簡化了放樣程序，加快了施工進度。

4 三角板與傳統(tǒng)高程放樣的指標對比

三角板與其它方法提供基準施工后的路面平整度及高程對比分析表（見表1）。

通過以上具體實測數(shù)據(jù)可以得出，利用三角板法加密路面標高后路面的整體平整度精度比使用拉線法提高了 20.1 %，高程精度指標提高了 23 %，平整度的精度比使用水準儀法提高了 14.8 %，高程精度指標比使用水準儀提高了 14.5 %。

5 結 語

三角板高程放樣法是伴隨著測繪技術的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型的施工測繪設備，三角板和水準儀的配合很好地解決了市政道路十字路口、規(guī)劃路口順接、體育場、舊路面整治等工程的高程快速加密。在瀝青混凝土路面的機械化施工中由于其施工高效、快速的特點，如果三角板和可調支架配合使用，提供機械化施工攤鋪基準，將很大地提高路面的工作效率和工程質量，減少材料浪費并極大地降低工程成本，適應了國家節(jié)能環(huán)保綠色的施工要求，具有良好的經(jīng)濟和社會效益及很好的推廣及應用價值。Q

表1 平整度對比表